Прорачун попречног пресека кабла по снази и струји: како правилно израчунати ожичење

Да ли планирате да урадите модернизација електроенергетске мреже или додатно продужити далековод до кухиње да би се прикључио нови електрични шпорет? Овде ће бити корисно минимално знање о попречном пресеку проводника и утицају овог параметра на снагу и струју.

Слажете се да нетачан прорачун попречног пресека кабла доводи до прегревања и кратког споја или до неоправданих трошкова.

Веома је важно извршити прорачуне у фази пројектовања, од квара скривено ожичење а накнадна замена је повезана са значајним трошковима. Помоћи ћемо вам да разумете замршености прорачуна како бисте избегли проблеме у даљем раду електричних мрежа.

Да вас не оптерећујемо сложеним прорачунима, одабрали смо јасне формуле и опције прорачуна, представили информације у приступачној форми и пружили формуле са објашњењима. Тематске фотографије и видео материјали су такође додати у чланак, што вам омогућава да јасно разумете суштину питања које се разматра.

Прорачун попречног пресека за снагу потрошача

Основна намена проводника је испорука електричне енергије потрошачима у потребној количини. Пошто суперпроводници нису доступни у нормалним условима рада, отпор материјала проводника се мора узети у обзир.

Прорачун потребног пресека проводници и каблови зависно од укупне снаге потрошача заснива се на дугогодишњем радном искуству.

Започнимо општи ток прорачуна тако што ћемо прво извршити прорачуне користећи формулу:

П = (П1+П2+..ПН)*К*Ј,

Где:

• П – снага свих потрошача прикључених на обрачунску грану у ватима.
• П1, П2, ПН – снага првог, другог, н-тог потрошача у ватима.

Пошто смо добили резултат на крају прорачуна користећи горњу формулу, дошло је време да се окренемо табеларним подацима.

Сада морате да изаберете жељени одељак према табели 1.

Табела 1. Пресек жице мора увек бити изабран на најближу већу страну (+)

Фаза #1 - прорачун реактивне и активне снаге

Потрошачки капацитети су наведени у документима опреме. Типично, технички листови опреме указују на активну снагу заједно са реактивном снагом.

Уређаји са активним типом оптерећења претварају сву примљену електричну енергију, узимајући у обзир ефикасност, у користан рад: механички, термички или други тип.

Уређаји са активним оптерећењем укључују лампе са жарном нити, грејаче и електричне пећи.

За такве уређаје, прорачун снаге по струји и напону има облик:

П=У*И,

Где:

• П – снага у В;
• У – напон у В;
• И – јачина струје у А.

Уређаји са реактивним типом оптерећења су у стању да акумулирају енергију која долази из извора и затим је враћају. Ова размена настаје услед померања струјне синусоиде и синусоида напона.

При померању нулте фазе, снага П=У*И увек има позитивну вредност. Уређаји са активним типом оптерећења имају такав графикон фаза струје и напона (И, и - струја, У, у - напон, π - пи једнако 3,14)

У уређаје са реактивном снагом спадају електромотори, електронски уређаји свих величина и намена и трансформатори.

Када постоји фазни помак између струјне синусоиде и синусоиде напона, снага П=У*И може бити негативна (И, и - струја, У, у - напон, π - пи једнако 3,14). Уређај реактивне снаге враћа ускладиштену енергију назад у извор

Електричне мреже су изграђене тако да могу да преносе електричну енергију у једном правцу од извора до оптерећења.

Дакле, враћена енергија од потрошача са реактивним оптерећењем је паразитска и троши се на загревање проводника и других компоненти.

Реактивна снага зависи од фазног угла између синусоида напона и струје. Угао померања фазе се изражава кроз цосφ.

Да бисте пронашли укупну снагу, користите формулу:

П = К / цосφ,

Где П – реактивна снага у ВАР.

Типично, технички лист уређаја указује на реактивну снагу и цосφ.

Пример: пасош за бушилицу показује реактивну снагу од 1200 ВАр и цосφ = 0,7.Дакле, укупна потрошња енергије ће бити једнака:

П = 1200/0,7 = 1714 В

Ако цосφ није могао бити пронађен, за огромну већину кућних електричних уређаја цосφ се може узети једнаким 0,7.

Фаза #2 - тражење коефицијената истовремености и маргине

К – бездимензионални коефицијент симултаности, показује колико потрошача може бити прикључено на мрежу у исто време. Ретко се дешава да сви уређаји троше струју у исто време.

Мало је вероватно да ће истовремено радити ТВ и музички центар. Из устаљене праксе, К се може узети једнако 0,8. Ако планирате да користите све потрошаче истовремено, К треба да буде подешен на 1.

Ј – бездимензионални фактор сигурности. Карактерише стварање резерве снаге за будуће потрошаче.

Напредак не мирује, сваке године се измишљају нови невероватни и корисни електрични уређаји. Очекује се да ће потрошња електричне енергије порасти за 84% до 2050. године. Обично се узима да је Ј између 1,5 и 2,0.

Фаза #3 - извођење прорачуна помоћу геометријске методе

У свим електричним прорачунима узима се површина попречног пресека проводника - попречни пресек језгра. Измерено у мм².

Често је потребно научити како правилно израчунати пречник жице проводничке жице.

У овом случају постоји једноставна геометријска формула за монолитну округлу жицу:

С = π*Р² = π*Д²/4, или обрнуто

Д = √(4*С / π)

За правоугаоне проводнике:

С = х * м,

Где:

• С – површина језгра у мм²;
• Р – полупречник језгра у мм;
• Д – пречник језгра у мм;
• х, м – ширина и висина, респективно, у мм;
• π — пи је једнако 3,14.

Ако купите насукану жицу, у којој се један проводник састоји од много уплетених жица округлог пресека, онда се прорачун врши према формули:

С = Н*Д²/1,27,

Где Н – број жица у језгру.

Жице са језгром уплетеним од неколико жица углавном имају бољу проводљивост од монолитних. То је због особености струјног тока кроз проводник округлог пресека.

Електрична струја је кретање сличних наелектрисања дуж проводника. Као што се наелектрисања међусобно одбијају, тако се и густина расподеле наелектрисања помера према површини проводника.

Још једна предност уплетених жица је њихова флексибилност и механичка отпорност. Монолитне жице су јефтиније и углавном се користе за стационарну инсталацију.

Фаза #4—израчунајте попречни пресек снаге у пракси

Задатак: укупна снага потрошача у кухињи је 5000 В (што значи да је прерачуната снага свих реактивних потрошача). Сви потрошачи су прикључени на једнофазну мрежу од 220 В и напајају се из једног крака.

Табела 2. Уколико планирате да прикључите додатне потрошаче у будућности, у табели је приказана потребна снага уобичајених кућних апарата (+)

Решење:

Узмимо коефицијент симултаности К једнак 0,8. Кухиња је место сталних иновација, никад се не зна, фактор сигурности је Ј=2,0. Укупна процењена снага ће бити:

П = 5000*0,8*2 = 8000 В = 8 кВ

Користећи вредност израчунате снаге, тражимо најближу вредност у табели 1.

Најближи одговарајући пресек језгра за једнофазну мрежу је бакарни проводник са попречним пресеком од 4 мм.². Слична величина жице са алуминијумским језгром од 6 мм².

За једножилно ожичење, минимални пречник ће бити 2,3 мм и 2,8 мм, респективно.У случају коришћења опције са више језгара, попречни пресек појединачних језгара се сумира.

Прорачун струјног попречног пресека

Прорачун потребне струје и снаге попречног пресека каблова и жица ће дати тачније резултате.Такви прорачуни омогућавају процену укупног утицаја различитих фактора на проводнике, укључујући топлотно оптерећење, марку жица, врсту полагања, услове рада итд.

Целокупан прорачун се врши у следећим корацима:

• избор снаге свих потрошача;
• прорачун струја које пролазе кроз проводник;
• избор одговарајућег попречног пресека помоћу табела.

За ову опцију прорачуна узима се снага потрошача у смислу струје и напона без узимања у обзир фактора корекције. Они ће бити узети у обзир приликом сабирања тренутне снаге.

Фаза #1 - израчунавање јачине струје помоћу формула

За оне који су заборавили школски курс физике, нудимо основне формуле у облику графичког дијаграма као визуелну варалицу:

"Класични точак" јасно показује однос формула и међузависност карактеристика електричне струје (И - јачина струје, П - снага, У - напон, Р - полупречник језгра)

Запишимо зависност струје И од снаге П и линијског напона У:

И = П/У_л,

Где:

• И — јачина струје, узета у амперима;
• П — снага у ватима;
• У_л — линијски напон у волтима.

Мрежни напон углавном зависи од извора напајања; може бити једнофазни или трофазни.

Однос између линеарног и фазног напона:

1. У_л = У*цосφ у случају једнофазног напона.
2. У_л = У*√3*цосφ у случају трофазног напона.

За кућне електричне потрошаче прихваћен је цосφ=1, па се линеарни напон може преписати:

1. У_л = 220 В за једнофазни напон.
2. У_л = 380 В за трофазни напон.

Затим сумирамо све потрошене струје користећи формулу:

И = (И1+И2+…ИН)*К*Ј,

Где:

• И – укупна струја у амперима;
• И1..ИН – јачина струје сваког потрошача у амперима;
• К – коефицијент симултаности;
• Ј - фактор безбедности.

Коефицијенти К и Ј имају исте вредности као и они који се користе при израчунавању укупне снаге.

Може постојати случај када у трофазној мрежи струја неједнаке јачине тече кроз различите фазне проводнике.

Ово се дешава када су једнофазни и трофазни потрошачи истовремено повезани на трофазни кабл. На пример, трофазна машина и једнофазно осветљење се напајају.

Поставља се природно питање: како се у таквим случајевима израчунава попречни пресек уплетене жице? Одговор је једноставан - прорачуни се праве на основу најоптерећенијег језгра.

Фаза #2 - одабир одговарајућег одељка помоћу табела

Правила рада за електричне инсталације (ПЕУ) садрже низ табела за избор потребног попречног пресека језгра кабла.

Проводљивост проводника зависи од температуре. За металне проводнике отпор расте са повећањем температуре.

Када се прекорачи одређени праг, процес постаје самоодрживи: што је већи отпор, већа је температура, већи је отпор итд. све док проводник не прегори или изазове кратки спој.

Следеће две табеле (3 и 4) приказују пресеке проводника у зависности од струја и начина уградње.

Табела 3. Прво треба да изаберете начин полагања жица, то одређује колико је ефикасно хлађење (+)

Кабл се разликује од жице по томе што су сва језгра кабла, опремљена сопственом изолацијом, увијена у сноп и затворена у заједнички изолациони омотач. Више детаља о разликама и врстама кабловских производа је написано у овоме чланак.

Табела 4. Отворена метода је назначена за све вредности попречног пресека проводника, међутим, у пракси се пресеци испод 3 мм2 не полажу отворено због механичке чврстоће (+)

Када се користе табеле, на дозвољену трајну струју примењују се следећи коефицијенти:

• 0,68 ако 5-6 језгара;
• 0,63 ако 7-9 језгара;
• 0,6 ако 10-12 језгара.

Фактори смањења се примењују на тренутне вредности из колоне „отворено“.

Неутрални и уземљивачи нису укључени у број проводника.

Према ПЕС стандардима, избор попречног пресека неутралног проводника према дозвољеној континуираној струји врши се као најмање 50% фазног проводника.

Следеће две табеле (5 и 6) приказују зависност дозвољене дуготрајне струје при полагању у земљу.

Табела 5. Зависности дозвољене дуготрајне струје за бакарне каблове када се полажу у ваздуху или земљи

Тренутна оптерећења када се полажу отворено и када се полажу дубоко у земљу се разликују. Прихваћени су као једнаки ако се полагање у земљу врши помоћу тацни.

Табела 6. Зависности дозвољене трајне струје за алуминијумске каблове када се полажу у ваздуху или земљи

За постављање привремених водова за напајање (носећи, ако су за приватну употребу) примењује се следећа табела (7).

Табела 7. Дозвољена трајна струја када се користе преносиви каблови за црева, преносиви каблови за црева и осовине, каблови за рефлекторе, флексибилне преносиве жице. Користе се само бакарни проводници

Приликом полагања каблова у земљу, поред својства дисипације топлоте, потребно је узети у обзир и отпорност која је приказана у следећој табели (8):

Табела 8. Корекциони фактор у зависности од врсте и отпорности тла за дозвољену дуготрајну струју, при прорачуну попречног пресека кабла (+)

Прорачун и избор бакарних језгара до 6 мм² или алуминијум до 10 мм² врши се као за континуирану струју.

У случају великих попречних пресека, могуће је применити фактор смањења:

0,875 * √Т_пв

Где Т_пв — однос трајања пребацивања и трајања циклуса.

Подразумева се да трајање укључивања није дуже од 4 минута. У овом случају, циклус не би требало да прелази 10 минута.

Приликом избора кабла за дистрибуцију електричне енергије у дрвена кућа Посебна пажња се посвећује његовој отпорности на ватру.

Фаза #3 - израчунавање тренутног попречног пресека проводника на примеру

Задатак: израчунати потребан пресек бакарни кабл за повезивање:

• трофазна машина за обраду дрвета снаге 4000 В;
• трофазни апарат за заваривање снаге 6000 В;
• кућни апарати у кући укупне снаге 25.000 В;

Веза ће се вршити петожилним каблом (трофазна проводника, један неутрални и један уземљивач), положеним у земљу.

Изолација кабловских и жичаних производа се израчунава за одређени радни напон. Треба узети у обзир да радни напон његовог производа који је навео произвођач мора бити већи од напона мреже

Решење.

Корак 1. Израчунавамо линеарни напон трофазне везе:

У_л = 220 * √3 = 380 В

Корак 2. Апарати за домаћинство, машина алатка и апарат за заваривање имају реактивну снагу, па ће снага машина и опреме бити:

П_оне = 25000 / 0,7 = 35700 В

П_обор = 10000 / 0,7 = 14300 В

Корак #3. Струја потребна за повезивање кућних апарата:

И_оне = 35700 / 220 = 162 А

Корак #4. Струја потребна за повезивање опреме:

И_обор = 14300 / 380 = 38 А

Корак #5. Потребна струја за повезивање кућних апарата израчунава се на основу једне фазе. Према проблему, постоје три фазе. Због тога се струја може распоредити по фазама. Ради једноставности, претпостављамо униформну расподелу:

И_оне = 162 / 3 = 54 А

Корак #6. Струја по фази:

И_ф = 38 + 54 = 92 А

Корак #7. Опрема и кућни апарати неће радити истовремено, осим тога, издвојићемо резерву од 1,5. Након примене фактора корекције:

И_ф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А

Корак #8. Иако кабл садржи 5 језгара, у обзир се узимају само три фазна језгра. Према табели 8 у колони трожилног кабла у земљи, налазимо да струја од 115 А одговара пресеку језгра од 16 мм.².

Корак #9. Према табели 8 примењујемо фактор корекције у зависности од карактеристика земљишта. За нормалан тип земље, коефицијент је 1.

Корак #10. Опционо, израчунајте пречник језгра:

Д = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Ако би се прорачун вршио само на основу снаге, без узимања у обзир посебности полагања каблова, тада би попречни пресек језгра био 25 мм². Израчунавање струје је компликованије, али понекад вам омогућава да уштедите значајан новац, посебно када су у питању вишежилни каблови за напајање.

Можете прочитати више о односу између вредности напона и струје овде.

Прорачун пада напона

Сваки проводник, осим суперпроводника, има отпор. Стога, ако су кабл или жица довољно дугачки, долази до пада напона.

ПЕС стандарди захтевају да попречни пресек језгра кабла буде такав да пад напона не буде већи од 5%.

Табела 9. Отпорност уобичајених металних проводника (+)

То се пре свега односи на нисконапонске каблове малог пресека.

Прорачун пада напона је следећи:

Р = 2*(ρ * Л) / С,

У_пад = И * Р,

У_% = (У_пад /у_лин) * 100,

Где:

• 2 – коефицијент због чињенице да струја нужно тече кроз две жице;
• Р – отпор проводника, Охм;
• ρ — отпорност проводника, Охм*мм²/м;
• С – пресек проводника, мм²;
• У_пад – напон пада, В;
• У_% - пад напона у односу на У_лин,%.

Користећи формуле, можете самостално извршити потребне прорачуне.

Пример израчунавања

Задатак: израчунати пад напона за бакарну жицу са попречним пресеком једног језгра од 1,5 мм². Жица је потребна за повезивање једнофазног електричног апарата за заваривање укупне снаге 7 кВ. Дужина жице 20 м.

Они који желе да повежу кућни апарат за заваривање на грану електричне мреже треба да узму у обзир тренутно сито за које је кабл који се користи. Могуће је да укупна снага радних уређаја може бити већа. Најбоља опција је повезивање потрошача у одвојене огранке

Решење:

Корак 1. Израчунавамо отпор бакарне жице користећи табелу 9:

Р = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Охм

Корак 2. Струја која тече кроз проводник:

И = 7000 / 220 = 31,8 А

Корак #3. Пад напона на жици:

У_пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

Корак #4. Израчунавамо проценат пада напона:

У_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Закључак: за повезивање апарата за заваривање потребан је проводник великог попречног пресека.

Закључци и користан видео на тему

Израчунавање попречног пресека проводника помоћу формула:

Препоруке стручњака о избору кабловских и жичаних производа:

Горе наведени прорачуни важе за бакарне и алуминијумске проводнике за индустријску употребу. За друге врсте проводника, укупан пренос топлоте је унапред израчунат.

На основу ових података израчунава се максимална струја која може да протиче кроз проводник, а да не изазове прекомерно загревање.

Ако имате било каквих питања о методи израчунавања попречног пресека кабла или желите да поделите своје лично искуство, оставите коментаре на овај чланак.Одељак за преглед се налази испод.